Science & Technology Development Journal: NATURAL SCIENCES

An official journal of University of Science, Viet Nam National University Ho Chi Minh City, Viet Nam

Skip to main content Skip to main navigation menu Skip to site footer

 Original Research

HTML

199

Total

39

Share
Synthesis of TiO2/C composite material for capacitive deionization (CDI) technology






 Open Access  

Downloads

Download data is not yet available.

Abstract

Hybrid Capacity Deionization (HCDI), a water treatment method currently undergoing significant development, offers advantages in efficiency and the desalination speed. With its high specific surface area and excellent electrical conductivity, carbon-based materials such as graphene, activated carbon (AC), carbon nanotubes (CNTs) and their composite materials are being used as electrodes in the HCDI. This paper presented the synthesis of a composite of TiO2 and some carbon materials like graphene, carbon black (C65) and CN using the sol-gel method for HCDI electrodes. The results showed that the TiO2/C composite could store energy via both a double-layer capacitance and a pseudocapacitance mechanism, with a maximum specific capacitance of 101.7 F.g-1 when using TiO2/CNTs as the electrode in a 1 M Na2SO4 solution at a scan rate of 5 mV.s-1. The salt adsorption was investigated with a 200 ppm NaCl solution, and the specific adsorption capacity (SAC) and the average salt adsorption rate (ASAR) of this electrode at 1.2 V were 27.1 mg.g-1 and 7.10 mg.g-1.min-1, respectively. Based on these results, the TiO2/C composite material has potential for use as an electrode material in salt adsorption processes.

MỞ ĐẦU

Với sự gia tăng dân số và quá trình đô thị hóa diễn ra hằng ngày dẫn đến việc sử dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên đang dần bị cạn kiệt trong đó phải kể đến là nguồn tài nguyên nước ngọt cũng bị thiếu hụt ở nhiều quốc gia trên thế giới 1 , 2 . Trên thế giới nhiều công nghệ khử mặn đã được phát triển như các công nghệ thương mại phổ biến như thẩm thấu ngược (RO), điện phân (ED), nhiệt phân, chưng cất đa tầng (multistage flash distillation, MSF), chưng cất đa hiệu ứng (multieffect distillation, MED) được phát triển để đạt được hiệu quả khử mặn cao 3 . Nhưng những công nghệ này vẫn còn nhiều nhược điểm phải kể đến là công nghệ màng thẩm thấu ngược RO tiêu thụ năng lượng điện lớn; lượng nước thải sau quá trình lọc lớn (50–70%); công suất lọc nước không cao; màng RO có thể bị phân rã (chất lượng nước được xử lý trở nên kém hơn) và yêu cầu phải được thay thế định kỳ; đặc biệt nước cứng là nguyên nhân gây tắt màng, rút ngắn tuổi thọ của màng RO 4 , 5 , 6 , 7 . Trong bối cảnh này, để giải quyết những nhược điểm trên thì các nhà khoa học đã phát minh công nghệ capacitive deionization (CDI) với các ưu điểm như thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng, chi phí chế tạo và vận hành hệ thống thấp, dễ tái tạo đã trở thành phương pháp thay thế hiệu quả trong khử mặn 8 , 9 , 10 . Tuy nhiên, CDI cũng có những hạn chế trong việc khử mặn ở muối có nồng độ cao do công suất không đủ lớn để thu và giữ các ion. Do đó, để cải thiện quá trình khử muối nên các nhà khoa học đã nghiên cứu và cải tiến thêm các hệ thống khử mặn tương tự như membrane CDI (MCDI) 11 , 12 , 13 , flow CDI (FDIC) 11 , 14 , 15 , inverted CDI (acidic) 16 , 17 , 18 . Một hạn chế lớn trong việc sử dụng các điện cực dựa trên carbon trong các thiết bị CDI là khả năng hấp phụ ion tương đối thấp. Các nghiên cứu gần đây cho thấy khả năng hấp phụ muối của hệ CDI có thể được tăng lên đáng kể khi thay thế một trong các điện cực carbon bằng một điện cực oxy hoá khử, phương pháp này được gọi là hybrid CDI (HCDI) 19 , 20 . Lee và cộng sự 19 đã nghiên cứu thành công hệ HCDI bao gồm điện cực natri mangan oxide (Na4Mn9O18), màng trao đổi anion và điện cực carbon xốp. Hệ HCDI thể hiện khả năng loại bỏ ion cao hơn gấp đôi (31,2 mg.g -1 ) so với hệ CDI điển hình (13,5 mg.g -1 ). Kim và cộng sự 21 đã chế tạo thành công điện cực Na2FeP2O7 với tốc độ khử ion trung bình là 0,081 mg.g -1 .s -1 cao hơn so với sử dụng điện cực Na4Mn9O18.

Vật liệu điện cực có nguồn gốc từ carbon đang thu hút sự chú ý với các thiết bị lưu trữ năng lượng vì giá thành rẻ, độ bền nhiệt, độ dẫn điện tốt và diện tích bề mặt riêng cao làm tăng giá trị điện dung, do đó việc sử dụng vật liệu dựa trên carbon làm vật liệu điện cực đã mang lại giá trị cao trong việc lưu trữ năng lượng 22 . Hiện nay, vật liệu composite của dẫn xuất carbon và oxide của kim loại chuyển tiếp đang được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ với các ưu điểm về cải thiện hiệu suất của siêu tụ điện, đáp ứng nhu cầu lưu trữ năng lượng một cách bền vững. Nguyen và cộng sự 23 đã tổng hợp TiO 2 /CNTs làm điện cực cho siêu tụ điện với kết quả thu được là điện dung riêng cao 227 F.g -1 ở tốc độ 10 mV.s -1 . Hiện nay, các vật liệu oxide của kim loại chuyển tiếp đã được nghiên cứu làm điện cực cho HCDI, nhằm tăng khả năng lưu trữ năng lượng với tốc độ loại bỏ muối cao hơn, cũng như có hiệu suất ổn định hơn. Tuy nhiên, một số đặc điểm của oxide kim loại chuyển tiếp có thể cản trở các ứng dụng của chúng trong HCDI do có điện trở cao. Điều này gây bất lợi cho điện cực HCDI vì nhiệt sinh ra từ điện trở cao sẽ làm giảm hiệu suất tích điện hoặc phá hủy cấu trúc điện cực. Để cải thiện điện trở của vật liệu oxide kim loại chuyển tiếp, các nhà khoa học đã phối trộn vật liệu này với các carbon dẫn có cấu trúc xốp.

Bài báo này trình bày về việc tổng hợp vật liệu composite TiO 2 /C với các loại carbon (graphene, C65, CNTs) bằng phương pháp sol–gel, ứng dụng làm điện cực cho hệ khử mặn theo HCDI. Kết quả cho thấy rằng composite TiO 2 /C có khả năng lưu trữ năng lượng thông qua cả cơ chế điện dung lớp kép và cơ chế giả điện dung với điện dung riêng đạt giá trị cao nhất khi sử dụng điện cực TiO 2 /CNTs. Bên cạnh đó, quá trình hấp phụ muối của vật liệu composite TiO 2 /CNTs thể hiện khả năng hấp phụ muối (mSAC) và tốc độ hấp phụ trung bình (ASAR) cao trong cả hai dung dịch NaCl và NH 4 Cl 200 ppm.

PHƯƠNG PHÁP

Tổng hợp vật liệu composite TiO2/C bằng phương pháp sol-gel

Titanium (IV) isopropoxide (2,87 mL) được cho vào beaker có chứa 10 mL isopropanol. Sau đó vật liệu carbon (carbon black C65, graphene, CNTs) được thêm vào hỗn hợp tương ứng với các tỉ lệ khác nhau. Tiếp tục cho từng giọt 5 mL nước cất vào hỗn hợp trên và khuấy đều trong 1 giờ. Sản phẩm thu được sấy khô ở 100 o C trong 12 giờ, sau đó nghiền và nung ở 500 o C trong 2 giờ trong khí trơ. Sản phẩm sau khi nung rửa nhiều lần với nước cất và lọc áp suất thấp và sấy khô ở 100 o C trong 24 giờ. Vật liệu composite của TiO2 được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel theo tỷ lệ khối lượng các loại carbon khác nhau, được kí hiệu như trong Table 1 .

Table 1 Tỷ lệ khối lượng TiO 2 và carbon của các mẫu tổng hợp

Nghiên cứu cấu trúc và hình thái học của vật liệu composite TiO2/C

Cấu trúc của vật liệu tổng hợp được phân tích bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD, D8 Adavance (Bruker)) với Cu có nguồn bức xạ λ Kα = 1,5689 Å với góc quét từ 20 o đến 70 o . Thông số mạng của vật liệu được tính toán từ giản đồ XRD. Hình thái của các mẫu được xác định bằng kỹ thuật kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope, SEM) với thiết bị JSM-6510LV ở điện thế gia tốc 8 kV.

Quy trình tạo màng điện cực của vật liệu composite TiO2/C

Để đánh giá các tính chất điện hoá, các vật liệu composite TiO 2 /C được tạo màng điên cực trên đế graphite. Màng điện cực bao gồm vật liệu hoạt điện, acetylene black và chất kết dính polyvinylidene flouride (PVdF) theo tỉ lệ khối lượng 80:15:5 trong dung môi N -methyl-2-pyrrolidone (NMP). Màng điện cực được tạo trên phôi graphite bằng phương pháp doctor-blade. Sau khi chế tạo, màng điện cực được đem sấy chân không ở 100 o C trong 12 giờ.

Nghiên cứu tính chất của vật liệu composite TiO2/C

Tính chất điện hoá của vật liệu được phân tích trên thiết bị REF600 (Gamry, USA). Điện cực composite TiO 2 /C được khảo sát bằng phương pháp quét thế vòng tuần hoàn (Cyclic voltammetry, CV) với hệ điện hoá ba điện cực. Hệ ba điện cực khảo sát gồm điện cực làm việc, điện cực so sánh là Ag/AgCl (KCl 3,5 M) và điện cực đối là tấm platin. Dung dịch điện ly sử dụng là muối Na 2 SO 4 1 M trong dung môi nước, được khảo sát ở vùng thế -0,0−1,0 V (vs. Ag/AgCl) với tốc độ quét lần lượt từ 5 mV.s -1 đến 100 mV.s -1 . Phổ tổng trở điện hoá (Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS) được đo trong dải tần số từ 100 kHz đến 0,1 Hz.

Nghiên cứu khả năng hấp phụ muối của vật liệu composite TiO2/C

Khả năng hấp phụ muối của vật liệu composite được thực hiện bằng phương pháp HCDI với điện cực cathode TiO2/C và điện cực anode than hoạt tính (AC/PVA) đặt đối xứng nhau với diện tích của điện cực là 3,0 × 2,5 cm. Quá trình khử mặn được thực hiện trong dung dịch muối NaCl có nồng độ 200 ppm; thế được áp vào hai điện cực lần lượt là 1,0 V, 1,2 V, 1,4 V và 1,6 V.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Cấu trúc và hình thái của vật liệu composite TiO2/C

Giản đồ nhiễu xạ tia X của các vật liệu TiO 2 được biểu diễn trong Figure 1 . Kết quả XRD cho thấy các mũi đặc trưng cho cấu trúc TiO 2 pha anatase. Các mũi nhiễu xạ ở vị trí 2θ lần lượt là 25,44 o , 37,95 o , 48,38 o , 53,71 o , 55,33 o , 62,75 o tương ứng với các mặt mạng (101), (004), (200), (105) (211) và (204) của TiO 2 pha anatase (ICSD: 01-071-1168). Các đỉnh nhiễu xạ của các mẫu composite TiO 2 /C trùng với TiO2, điều đó chứng tỏ rằng không có sự thay đổi cấu trúc. Thông số mạng tinh thể và kích thước tinh thể trung bình được trình bày trong Table 2 . Từ công thức Scherrer và độ bán rộng của các đỉnh nhiễu xạ, các giá trị kích thước tinh thể trung bình được tính toán, từ kết quả phân tích kích thước tinh thể trung bình có thể dự đoán kích thước hạt của các mẫu ở cấp độ dưới micromet 24 .

Figure 1 . Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu composite TiO 2 /C

Figure 1 /C

[Download figure]

Table 2 Thông số mạng và kích thước tinh thể của vật liệu

Figure 2 . Ảnh SEM của vật liệu composite TiO 2 /C: (a) T1, (b) T2 và (c) T3.

Figure 2 /C: (a) T1, (b) T2 và (c) T3.

[Download figure]

Phương pháp kính hiển vi điện tử quét được sử dụng để nghiên cứu về hình thái và kích thước của vật liệu composite TiO2/C. Figure 2 thể hiện các hạt composite TiO2/C trên các nền carbon khác nhau đều có chung dạng hình cầu, bề mặt gồ ghề và các hạt phân bố khá đồng đều, có cấu trúc lỗ xốp tạo sự tiếp xúc giữa điện cực với chất điện phân từ đó làm tăng hiệu quả hấp phụ ion. Ở mẫu T và T không thấy rõ được dạng của các tấm graphene và carbon C 65 , tuy nhiên mẫu T có cấu trúc bó sợi của CNTs xuất hiện trong mẫu vật liệu.

Tính chất điện hoá của vật liệu composite TiO2/C

Các phép đo quét thế vòng tuần hoàn (CV) được thực hiện trong hệ điện hóa ba điện cực để phân tích tính chất lưu trữ năng lượng của vật liệu TiO 2 . Các phép đo được thực hiện trong dung dịch điện ly Na 2 SO 4 1 M trong vùng thế từ 0,0 V đến 1,0 V (vs. Ag/AgCl) với các tốc độ tăng dần từ 5 mV.s -1 đến 100 mV.s -1 . Các đường cong CV của các vật liệu composite TiO 2 /C được biểu diễn trong Figure 3 a-c đều dạng đối xứng, giống với đường CV trong tụ điện lý tưởng (hình chữ nhật), điều này chứng minh được quá trình lưu trữ điện tích chủ yếu thông qua cơ chế điện dung lớp kép và có tính thuận nghịch. Ngoài ra, đường cong CV không có sự xuất hiện rõ ràng của mũi oxy hóa - khử. Tuy nhiên các nghiên cứu về vật liệu TiO 2 chứng minh rằng TiO 2 có tính chất lưu trữ năng lượng theo cơ chế giả điện dung dựa trên quá trình thay đổi trạng thái oxy hóa khử của Ti 3+ ↔ Ti 4+ trên bề mặt vật liệu 25 , 26 , 27 , 28 .

Figure 3 d biểu diễn giá trị điện dung của các vật liệu tổng hợp ở nhiều tốc độ quét từ 5 mV.s -1 đến 100 mV.s -1 . Điện dung riêng đạt giá trị lớn nhất ở tốc độ quét thấp nhất và mẫu T có giá trị điện dung riêng cao nhất so với hai mẫu là T và T tại các tốc độ quét khác nhau. Tại bất kì tốc độ quét nào, vật liệu T đều cho giá trị điện dung cao hơn so với hai vật liệu T và T. Tại tốc độ quét thấp nhất (5 mV.s -1 ), mẫu T có giá trị điện dung riêng là 208 F.g -1 so với mẫu T và T lần lượt là 190 F.g -1 và 135 F.g -1 . Từ các kết quả trên chứng minh được mẫu T có tính chất điện hóa tốt nhất, thể hiện được vai trò của CNTs tốt hơn so với C65 và graphene trong cấu trúc vật liệu composite. Điều này được giải thích là do CNTs có cấu trúc dạng ống kết nối với các hạt TiO 2 như các cầu dẫn cho tăng khả năng dẫn truyền electron so với cấu trúc dạng tấm của graphene và dạng cầu của C 65 .

Figure 3 . Đường cong CV của các vật liệu: (a) T; (b) T; (c) T; (d) Biểu đồ so sánh điện dung của các vật liệu trong dung dịch Na 2 SO 4 1 M tại vùng thế 0-1 V với các tốc độ quét từ 5-100 mV.s -1 .

Figure 3 .

[Download figure]

Phương pháp phổ tổng trở điện hóa được sử dụng để đánh giá quá trình chuyển điện tích của vật liệu composite TiO 2 /C. Phổ tổng trở điện hóa (EIS) dạng Nyquist ( Figure 4 ) chứng minh sự hiểu quả của việc bổ sung thành phần CNTs vào vật liệu TiO 2 để hình thành composite T (TiO 2 /CNTs). Phổ EIS nhận được bao gồm các vùng riêng biệt: (i) Vùng bán cung đặc trưng cho quá trình chuyển điện tích ở vùng tần số cao; (ii) Vùng khuếch tán Warburg ở vùng tần số trung bình và (iii) Vùng khuếch tán khong giới hạn đặc trưng cho tính chất tụ điện ở vùng tần số thấp 29 , 30 . Figure 4 a,b cho thấy quá trình chuyển điện tích trên vật liệu mẫu T là diễn ra tốt, nguyên nhân là do độ dẫn điện của CNTs cao khi kết hợp với các hạt TiO 2 tạo thành tổ hợp matrix dẫn điện tốt hơn so với các quá trình dẫn điện giữa các hạt carbon dạng cầu của carbon black C 65 hay graphene. Điều này góp phần giải thích điện dung cao của mẫu T3 so với T1 và T2 ở phương pháp phân tích CV. Tại vùng tần số trung bình thì quá trình khuếch tán Warburg đặc trưng bởi đường thẳng với hệ số góc 45 o . Từ đó ta có thể tính được hệ số khuếch tán của ion dựa vào công thức:

trong đó, R: Hằng số khí lý tưởng (8,314 J.mewl-1.K -1 ); T: Nhiệt độ (298 K); A: Diện tích điện cực (1 cm 2 ); n: Số electron trao đổi (n = 1); F: Hằng số Faraday; c: Nồng độ dung dịch; σ: Hệ số góc của đường thẳng biểu diễn Zreal vs. ω -1/2 với ω = 2 πf (f: tần số; Hz).

Theo Figure 4 c, các điểm ở vùng tần số trung bình đặc trưng cho quá trình khuếch tán Warburg của ion có độ tuyến tính khá cao với giá trị ω -1/2 . Bên cạnh đó, giá trị σ của các mẫu composite lần lượt là 2,96 Ω.cm 2 .s -1/2 (T1), 4,61 Ω.cm 2 .s -1/2 (T2) và 2,17 Ω.cm 2 .s -1/2 (T3). Ở mẫu T3 có giá trị σ nhỏ nhất, cho thấy được hệ số khuếch tán ion là cao nhất đạt 7,52×10 -15 cm 2 .s -1 so với 4,04×10 -15 cm 2 .s -1 (T1) và 1,66×10 -15 cm 2 .s -1 (T2). Ngoài ra, ở vùng tần số thấp (<1 Hz) đặc trưng cho quá trình tích điện bề mặt, mẫu T có hệ số góc thấp nhất. Kết quả EIS của các vật liệu composite cho thấy vật liệu T có quá trình chuyển điện tích nhanh (R ct nhỏ), tốc độ chuyển ion nhanh (hệ số khuếch tán ion cao hơn) và quá trình tích điện bề mặt diễn ra tốt hơn, điều này phù hợp với giá trị giá trị điện dung của mẫu T3 cao hơn khi so với hai mẫu còn lại.

Figure 4 . Phổ EIS dạng Nyquist của điện cực composite trong môi trường dung dịch điện ly Na2SO4 1 M (a,b ) và đồ thị biểu diễn Z real vs. ω -1/2 (c).

Figure 4 (c).

[Download figure]

Khả năng khử mặn của vật liệu composite TiO2/C

Figure 5 mô tả sự thay đổi của nồng độ theo thời gian của quá trình hấp phụ muối tại các điện thế khác nhau. Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ muối đạt bão hòa sau 60 phút và nồng độ muối của các mẫu vật liệu có xu hướng giảm trong 30 phút đầu, sau đó nồng độ ổn định do gần đạt bão hòa và không sự thay đổi nồng độ trong 30 phút tiếp theo. Bên cạnh đó, nồng độ muối của vật liệu T3 sau quá trình hấp phụ giảm nhiểu hơn so với hai mẫu còn lại. Tại thế 1,0 V, dung lượng hấp phụ muối của các mẫu đều thấp (dưới 10 mg.g -1 ). Khi tăng lên 1,2 V, giá trị SAC đạt giá trị lớn nhất trong tất cả các mẫu vật liệu khi so với các điện thế còn lại. Điều này được giải thích do quá trình điện phân nước xảy ra khi điện thế lớn hơn 1,23 V, dẫn đến có sự xuất hiện của HO - trong dung dịch. Bên cạnh đó, hai ion OH - và Cl - có mối quan hệ cạnh tranh nên sẽ ức chế sự hấp phụ Cl - trên bề mặt điện cực, do đó các quy trình HCDI thường được vận hành ở điện áp dưới 1,23 V. Vì vậy, điện thế 1,2 V là điện thế tối ưu nhất cho hệ khử mặn HCDI. Ngoài ra, khả năng hấp phụ muối của mẫu T3 luôn có giá trị cao hơn so với hai mẫu T1 và T2.

Figure 5 . Đồ thị nồng độ theo thời gian của quá trình hấp phụ trong dung dịch NaCl 200 ppm ở các điện thế khác nhau.

Figure 5 Đồ thị nồng độ theo thời gian của quá trình hấp phụ trong dung dịch NaCl 200 ppm ở các điện thế khác nhau.

[Download figure]

Biểu đồ CDI Ragone ( Figure 6 ) mô tả mối quan hệ giữa dung lượng hấp phụ muối (SAC) với tốc độ hấp phụ muối trung bình (ASAR). Kết quả cho thấy ở điện thế 1,2 V, các mẫu vật liệu thể hiện giá trị dung lượng hấp phụ muối cao nhất với tốc độ hấp phụ nhanh nhất, từ đó kết luận được rằng 1,2 V là điện thế tối ưu cho quá trình khử mặn. Bên cạnh đó, Table 3 cho thấy T3 có dung lượng hấp phụ muối cực đại cao nhất (lên đến 27,1 mg.g -1 ) và tốc độ khử mặn ASAR nhanh nhất (7,10 mg.g -1 .phút -1 ). Ngoài ra, tốc độ hấp phụ muối (ASAR) của các mẫu vật liệu được sắp xếp theo thứ tự giảm dần từ T3>T1>T2. Các kết quả trên cho thấy T3 đạt hiệu quả và hiệu suất khử mặn tốt cao nhất trong môi trường muối NaCl, điều này hoàn toàn phù hợp với các kết quả điện hóa CV và EIS được trình bày trước đó.

Figure 6 . (a) Đồ thị biểu diễn giá trị mSAC của các vật liệu trong khoảng thế từ 1,0 V đến 1,6 V; (b) Biểu đồ CDI của hệ HDI AC/PVA||TiO 2 /C tại điện thế 1,2 V.

Figure 6 /C tại điện thế 1,2 V.

[Download figure]

Table 3 Dung lượng hấp phụ muối NaCl cực đại và tốc độ hấp phụ muối của các mẫu tại các thế khác nhau.

KẾT LUẬN

Bài báo này trình bày việc tổng hợp vật liệu composite TiO 2 /C bằng phương pháp sol-gel. Vật liệu tổng hợp được có độ kết tinh và tinh khiết tốt, độ tinh thể hóa cao. Bên cạnh đó, ảnh SEM thể hiện tất cả các vật liệu composite đều có cấu trúc lỗ xốp với nhiều lỗ trống giúp tăng khả năng lưu trữ điện tích. Kết quả đường cong CV cho thấy vật liệu TiO 2 /C có điện dung riêng cao nhất (101,7 F.g -1 ) tại tốc độ 5 mV.s -1 trong dung dịch Na 2 SO 4 1M là 101,7 F.g -1 . Ngoài ra, các mẫu vật liệu composite TiO 2 /C còn được khảo sát và đánh giá khả năng khử mặn của ở các điện thế khác nhau (từ 1,0 đến 1,6 V). Tại thế 1,2 V trong môi trường NaCl 200 ppm, giá trị mSAC của TiO 2 /CNTs đạt giá trị cực đại là 27,0 mg.g -1 khi so sánh với hai mẫu còn lại. Bên cạnh đó, vật liệu này cũng cho giá trị dung lượng hấp phụ cao nhất (18,7 mg.g -1 ) trong dung dịch NH 4 Cl 200 ppm. Các kết quả thu được chứng minh rằng vật liệu composite TiO 2 /CNTs có tiềm năng để ứng dụng làm vật liệu điện cực trong HCDI.

LỜI CÁM ƠN

Nghiên cứu được tài trợ bởi Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (ĐHQG-HCM) trong khuôn khổ Đề tài mã số B2023-18-07.

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

HCDI: hybrid capacity deionization

AC: activated carbon

CNTs: carbon nanotubes

mSAC: maximum salt adsorption capacity

ASAR: average salt adsorption rate

RO: reverse osmosis

ED: electrodialysis

MSF: multistage flash distillation

MED: multieffect distillation

MCDI: membrane capacity deionization

FCDI: flow capacity deionization

iCDI: inverted capacity deionization

XRD: X-ray diffraction

SEM: scanning electron microscope

PVDF: polyvinylidene fluoride

PVA: polyvinyl alcohol

NMP: N -methyl-2-pyrrolidone

CV: cyclic voltammetry

EIS: electrochemical impedance spectroscopy

XUNG ĐỘT LỢI ÍCH

Nhóm tác giả xin cam đoan rằng không có bất kỳ xung đột lợi ích nào trong công bố bài báo.

ĐÓNG GÓP CỦA CÁC TÁC GIẢ

Nguyễn Hoàng Anh, Tô Minh Đại, Trần Hoàng Thái, Nguyễn Thị Như Quỳnh,Võ Quốc Khương và Đào Anh Tuấn tiến hành thực nghiệm và xử lý dữ liệu thô. Nguyễn Thái Hoàng, Lê Viết Hải và Huỳnh Lê Thanh Nguyên đã đóng góp về phân tích và kiểm tra dữ liệu. Huỳnh Lê Thanh Nguyên, Nguyễn Hoàng Anh và Đoàn Lê Hoàng Tân đóng góp xử lý số liệu và soạn bản thảo bài báo. Lê Viết Hải và Huỳnh Lê Thanh Nguyên tham gia đưa ra ý tưởng và chỉnh sửa nội dung khoa học bài báo.

References

  1. WHO/UNICEF Joint Water Supply, Sanitation Monitoring Programme. Progress on sanitation and drinking water: 2015 update and MDG assessment. World Health Organization; 2015. . ;:. Google Scholar
  2. Nguyen MT, Renaud FG, Sebesvari Z, Nguyen DC. Resilience of agricultural systems facing increased salinity intrusion in deltaic coastal areas of Vietnam. Ecology and Society. 2019;24. . ;:. Google Scholar
  3. Misdan N, Lau W, Ismail A. Seawater Reverse Osmosis (SWRO) desalination by thin-film composite membrane-Current development, challenges and future prospects. Desalination. 2012;287:228-237. . ;:. Google Scholar
  4. Malaeb L, Ayoub GM. Reverse osmosis technology for water treatment: State of the art review. Desalination. 2011;267:1-8. . ;:. Google Scholar
  5. Qasim M, Badrelzaman M, Darwish NN, et al. Reverse osmosis desalination: A state-of-the-art review. Desalination. 2019;459:59-104. . ;:. Google Scholar
  6. Soltanieh M, Gill WN. Review of reverse osmosis membranes and transport models. Chemical Engineering Communications. 1981;12:279-363. . ;:. Google Scholar
  7. Lee KP, Arnot TC, Mattia D. A review of reverse osmosis membrane materials for desalination-Development to date and future potential. Journal of Membrane Science. 2011;370:1-22. . ;:. Google Scholar
  8. Song Z, Hou J, Hofmann H. Sliding-mode and Lyapunov function-based control for battery/supercapacitor hybrid energy storage system used in electric vehicles. Energy. 2017;122:601-612. . ;:. Google Scholar
  9. Burke A. Ultracapacitors: why, how, and where is the technology. Journal of Power Sources. 2000;91:37-50. . ;:. Google Scholar
  10. Liu H, Liu X, Wang S. Transition metal based battery-type electrodes in hybrid supercapacitors: A review. Energy Storage Materials. 2020;28:122-145. . ;:. Google Scholar
  11. Folaranmi G, Bechelany M, Sistat P. Towards electrochemical water desalination techniques: a review on capacitive deionization, membrane capacitive deionization and flow capacitive deionization. Membranes. 2020;10:96. . ;:. PubMed Google Scholar
  12. Zhao Y, Wang Y, Wang R. Performance comparison and energy consumption analysis of capacitive deionization and membrane capacitive deionization processes. Desalination. 2013;324:127-133. . ;:. Google Scholar
  13. Kim N, Lee J, Kim S. Short review of multichannel membrane capacitive deionization: Principle, current status, and future prospect. Applied Sciences. 2020;10:683. . ;:. Google Scholar
  14. Yang F, He Y, Rosentsvit L. Flow-electrode capacitive deionization: A review and new perspectives. Water Research. 2021;200:117222. . ;:. PubMed Google Scholar
  15. Shin Y-U, Lim J, Boo C, Hong S. Improving the feasibility and applicability of flow-electrode capacitive deionization (FCDI): Review of process optimization and energy efficiency. Desalination. 2021;502:114930. . ;:. Google Scholar
  16. Gao X, Omosebi A, Landon J, Liu K. Surface charge enhanced carbon electrodes for stable and efficient capacitive deionization using inverted adsorption-desorption behavior. Energy & Environmental Science. 2015;8:897-909. . ;:. Google Scholar
  17. Gao X, Omosebi A, Landon J, Liu K. Enhanced salt removal in an inverted capacitive deionization cell using amine modified microporous carbon cathodes. Environmental Science & Technology. 2015;49:10920-10926. . ;:. PubMed Google Scholar
  18. Oyarzun DI, Hemmatifar A, Palko JW. Adsorption and capacitive regeneration of nitrate using inverted capacitive deionization with surfactant functionalized carbon electrodes. Separation and Purification Technology. 2018;194:410-415. . ;:. Google Scholar
  19. Lee J, Kim S, Kim C, Yoon J. Hybrid capacitive deionization to enhance the desalination performance of capacitive techniques. Energy & Environmental Science. 2014;7:3683-3689. . ;:. Google Scholar
  20. Agartan L, Hayes-Oberst B, Byles BW. Influence of operating conditions and cathode parameters on desalination performance of hybrid CDI systems. Desalination. 2019;452:1-8. . ;:. Google Scholar
  21. Kim S, Lee J, Kim C, Yoon J. Na2FeP2O7 as a novel material for hybrid capacitive deionization. Electrochimica Acta. 2016;203:265-271. . ;:. Google Scholar
  22. Tang K, Hong TZX, You L, Zhou K. Carbon-metal compound composite electrodes for capacitive deionization: synthesis, development and applications. Journal of Materials Chemistry A. 2019;7:26693-26743. . ;:. Google Scholar
  23. Nguyen HA, Pham TN, Le NTT. Nanocomposite TiO2@CNTs for high-voltage symmetrical supercapacitor in neutral aqueous media. Journal of Solid State Electrochemistry. 2023;27:2811-2820. . ;:. Google Scholar
  24. Huynh LTN, Le NTT, Nguyen TNQ. Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch điện ly ion đơn hoá trị đến tính chất lưu trữ năng lượng của vật liệu nano TiO2. Vietnam Journal of Catalysis and Adsorption. 2021;10:356-360. . ;:. Google Scholar
  25. Nagaraju P, Alsalme A, Alswieleh A, Jayavel R. Facile in-situ microwave irradiation synthesis of TiO2/graphene nanocomposite for high-performance supercapacitor applications. Journal of Electroanalytical Chemistry. 2018;808:90-100. . ;:. Google Scholar
  26. Abega AV, Ngomo HM, Nongwe I. Easy and convenient synthesis of CNT/TiO2 nanohybrid by in-situ oxidation of Ti3+ ions and application in the photocatalytic degradation of organic contaminants in water. Synthetic Metals. 2019;251:1-14. . ;:. Google Scholar
  27. Tang K, Li Y, Cao H. Amorphous-crystalline TiO2/carbon nanofibers composite electrode by one-step electrospinning for symmetric supercapacitor. Electrochimica Acta. 2016;190:678-688. . ;:. Google Scholar
  28. Nguyen HLT, Van Hoang N, Dieu NTN. Hydrothermal synthesis of nano bilayered V2O5 and electrochemical behavior in non-aqueous electrolytes LiPF6 and NaClO4. Vietnam Journal of Science and Technology. 2017;55:24-29. . ;:. Google Scholar
  29. Huynh LTN, Nguyen VH, Nguyen TND. Hydrothermal synthesis of nano bilayered V2O5 and electrochemical behavior in non-aqueous electrolytes LiPF6 and NaClO4. Journal of Science and Technology. 2017;55:24-29. . ;:. Google Scholar
  30. Huynh LTN, Tran TTD, Nguyen HHA. Carbon-coated LiFePO4-carbon nanotube electrodes for high-rate Li-ion battery. Journal of Solid State Electrochemistry. 2018;22:2247-2254. . ;:. Google Scholar


Author's Affiliation
Article Details

Issue: Vol 8 No 2 (2024)
Page No.: 2956-2965
Published: Jun 30, 2024
Section: Original Research
DOI: https://doi.org/10.32508/stdjns.v8i2.1335

 Copyright Info

Creative Commons License

Copyright: The Authors. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License CC-BY 4.0., which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author and source are credited.

 How to Cite
Nguyen, H. A., HUYNH, N., To, M. D., Thái, T., Nguyen, T. N. Q., Vo, Q. K., Dao, A. T., Doan, L. H. T., Nguyen, T. H., & Le, V. H. (2024). Synthesis of TiO2/C composite material for capacitive deionization (CDI) technology. Science & Technology Development Journal: Natural Sciences, 8(2), 2956-2965. https://doi.org/https://doi.org/10.32508/stdjns.v8i2.1335


 Download Citation
 Cited by

Article level Metrics by Paperbuzz/Impactstory
Article level Metrics by Altmetrics

 Article Statistics
HTML = 199 times
PDF   = 39 times
XML   = 0 times
Total   = 39 times